题目

1.将过量的NH4HCO3(s)放入一真空密闭容器中,80℃时发生下列分解-|||-反应:-|||-(N{H)_(4)HC(O)_(3)}(s)=!=!= N(H)_(3)(g)+C(O)_(2)(g)+(H)_(2)O(g)-|||-系统达平衡后,其组分数 C=() ;自由度 F= () 。-|||-(a)3,2; (b)3,1; (c)1,0; (d)2,1

题目解答

本题考查相律的应用，解题的关键在于准确确定系统的组分数 $C$ 和自由度 $F$。相律的表达式为 $F = C - P + 2$，其中 $F$ 是自由度，$C$ 是组分数，$P$ 是相数。下面我们分步骤来计算组分数 $C$ 和自由度 $F$。

1. 计算组分数 $C$

组分数 $C$ 的计算公式为 $C = S - R - R'$，其中 $S$ 是物种数，$R$ 是独立的化学平衡数，$R'$ 是独立的浓度限制条件数。

确定物种数 $S$：在该系统中，存在 $NH_{4}HCO_{3}(s)$、$NH_{3}(g)$、$CO_{2}(g)$) 和 $H_{2}O(g)$ 这 4 种物质，所以 $S = 4$。
确定独立的化学平衡数 $R$：系统中只发生了一个化学反应 $NH_{4}HCO_{3}(s)\rightleftharpoons NH_{3}(g)+CO_{2}(g)+H_{2}O(g)$，因此独立的化学平衡数 $R = 1$。
确定独立的浓度限制条件数 $R'$：由于 $NH_{4}HCO_{3}(s)$ 分解产生的 $NH_{3}(g)$、$CO_{2}(g)$ 和 $H_{2}O(g)$ 是在同一相中，且它们的物质的量之比为 $1:1:1$，即 $p(NH_{3}) = p(CO_{2}) = p(H_{2}O)$，存在 2 个独立的浓度限制条件，所以 $R' = 2$。
计算组分数 $C$：将 $S = 4$、$R = 1$ 和 $R' = 2$ 代入组分数计算公式 $C = S - R - R'$，可得 $C = 4 - 1 - 2 = 1$。

2. 计算自由度 $F$

自由度 $F$ 的计算公式为 $F = C - P + 2$，其中 $C$ 是组分数，$P$ 是相数，$2$ 表示温度和压力两个变量。

确定相数 $P$：系统中存在 $NH_{4}HCO_{3}(s)$ 固相和 $NH_{3}(g)$、$CO_{2}(g)$、$H_{2}O(g)$ 组成的气相，共 2 个相，所以 $P = 2$。
计算自由度 $F$：将 $C = 1$ 和 $P = 2$ 代入自由度计算公式 $F = C - P + 2$，可得 $F = 1 - 2 + 1 = 0$。